EP3161959A1 - Audio amplifier - Google Patents

Audio amplifier

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Publication number
EP3161959A1
EP3161959A1 EP15731914.6A EP15731914A EP3161959A1 EP 3161959 A1 EP3161959 A1 EP 3161959A1 EP 15731914 A EP15731914 A EP 15731914A EP 3161959 A1 EP3161959 A1 EP 3161959A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
output
generator
voltage generator
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP15731914.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Pierre-Emmanuel Calmel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Devialet SA
Original Assignee
Devialet SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Devialet SA filed Critical Devialet SA
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Pending legal-status Critical Current

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    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
    • H03F1/0205—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers
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    • H03F2203/45281—One SEPP output stage being added to the differential amplifier

Definitions

  • the present invention relates to a high-fidelity audio amplifier with low distortion and high efficiency of the type comprising:
  • a reference voltage generator of very high linearity and low output impedance, able to receive as input the audio signal to be amplified
  • a power current generator comprising a power voltage generator, the output of which is connected to the output of the reference voltage generator, through a coupling inductance;
  • the patent application WO-201 1/107 669 describes the coupling of an analog class A amplifier formed of a reference voltage generator and a class D digital amplifier constituting a power voltage generator, which is coupled at the output of the reference voltage generator by an inductor, with which it then forms a current source.
  • the purpose of the combination of a class A amplifier and a class D amplifier is to create an amplifier with very high efficiency and very high linearity.
  • the switching losses of the MOS transistors of the class D amplifier are proportional to the switching frequency. For this reason, in practice, this frequency can not exceed significantly 500 kHz for voltages greater than 100 volts.
  • the value of the output inductance of the amplifier in class D shall be as small as possible to allow a maximum current scanning rate (referred to as slew rate in English) thus allowing reproduction of the high frequencies of the spectrum. audio.
  • slew rate maximum current scanning rate
  • the triangular current ripple (or current ripple in English) in the inductance of the class D amplifier is inversely proportional to the switching frequency and inversely proportional to the value of the inductance.
  • the high-frequency triangular current is totally absorbed and dissipated by the amplifier Class A analog, which causes significant heat dissipation and decreases system performance;
  • the class A amplifier is very stressed when reproducing high frequencies, especially greater than 10 kHz.
  • the object of the invention is to improve the current ratio provided by the class A amplifier to the current supplied by the class D amplifier for high frequencies, thus making it possible to reduce the heating of the class A amplifier while increasing the useful bandwidth.
  • the subject of the invention is an audio amplifier of the aforementioned type, characterized in that said means for introducing, for its control, at the input of the current generator, a signal representative of the current supplied at the output of the voltage generator of reference, are suitable for introducing, in addition, a signal representative of the produces the value of the coupling inductance and the time derivative of the current supplied to the load.
  • the amplifier comprises one or more of the following features:
  • the means for introducing, for its control, at the input of the power current generator, a signal representative of the current output by the reference voltage generator comprises a derivative-proportional-integral regulator
  • the signal representative of the product of the value of the coupling inductance and the time derivative of the current supplied to the load is the product of the value of the coupling inductance and the derivative with respect to the time of the current supplied to the load from the output;
  • the means for introducing, for its control, at the input of the power current generator a signal representative of the current supplied at the output by the reference voltage generator are able to introduce, at the input of the current generator, a signal comprising at the a signal representative of the audio signal to be amplified and the product of the value of the coupling inductance and the time derivative of the current supplied to the load from the output;
  • the means for introducing, for its control, at the input of the power current generator, a signal representative of the current supplied at the output by the reference voltage generator are able to introduce, as a signal representative of the current supplied at the output of the reference voltage generator, a signal comprising the product of the value of the coupling inductance and the value of the current supplied at the output of the reference voltage generator;
  • said amplifier comprises means for measuring the current supplied at the output of the power voltage generator and means for calculating the value of the coupling inductance as a function of the current supplied at the output of the power voltage generator;
  • said amplifier comprises, on the one hand, means for estimating the current supplied at the output of the power voltage generator from the current supplied at the output of the reference voltage generator and a signal representative of the audio signal to be amplified; and, on the other hand, means for calculating the value of the coupling inductance as a function of the current supplied at the output of the power voltage generator;
  • said means for estimating the current supplied at the output of the power voltage generator comprise an integration stage of the quotient of the difference of the control signal of the power current generator and the signal representative of the audio signal to be amplified by an estimation.
  • the value of the coupling inductance; the means for introducing, for its control, at the input of the current generator, a signal representative of the current supplied at the output of the reference voltage generator and a signal representative of the product of the value of the coupling inductance and the derivative. in relation to the time of the current supplied to the load comprises reintroducing the control signal of the power generator with a predetermined delay at the input of the power generator;
  • the value of the coupling inductance is greater than 1 micro Henry and the means for introducing, for its control, at the input of the current generator, a signal representative of the current supplied at the output of the reference voltage generator and a representative signal of the product of the value of the coupling inductance and the time derivative of the current supplied to the load comprise only one means the reintroduction of the control signal of the power current generator with a predetermined delay at the input of the generator of power current.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a high fidelity audio amplifier low distortion and very high efficiency according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a graph showing the value of the current supplied by the class A amplifier in the absence of the invention and during the implementation of the invention.
  • FIGS. 3, 4 and 5 are the electrical diagrams of three embodiments of an amplifier according to the invention.
  • the audio amplifier 10 shown in FIG. 1 comprises an input 12 able to receive an analog audio signal to be amplified V in and an output 14 for supplying the amplified signal to which a load formed of a loudspeaker 16 is connected.
  • the loudspeaker 16 is connected directly, without any other resistive element, between the output 14 of the amplifier and the ground.
  • the input 12 of the amplifier is adapted to receive a control voltage whose reference is the ground.
  • the amplifier 10 comprises a reference voltage generator 18 of very high linearity and low output impedance forming a class A amplifier and a power source 19 forming a class D amplifier, the two outputs of which are coupled directly to form the output 14 of the amplifier.
  • the power source 19 comprises a power voltage generator 20 and a coupling inductor 22 connected at the output of the voltage generator 20 and through which the voltage generator 20 is coupled to the reference voltage generator 18.
  • the coupling inductance is formed of a coil having a low resistance.
  • the input of the reference voltage generator 18 is connected to the input 12 of the amplifier, while the output of the reference voltage amplifier 18 is connected directly to the output 14 without the interposition of any resistive element, capacitive or inductive.
  • the outputs of the voltage generators 18 and 20 are connected at a coupling point 24, the coupling inductance 22 being arranged between the output of the power voltage generator 20 and the coupling point 24.
  • the coupling inductance 22 comprises two series-connected inductors 23A, 23B whose interconnection midpoint is connected to ground by a connection impedance 25.
  • the total inductance of the coupling inductance 22 is between 1 micro Henry and 1 milli Henry.
  • the power generator 20 is controlled by a control unit 25A.
  • the reference voltage generator 18 comprises a voltage amplification stage 26 schematized by a differential amplifier whose non-inverting input is connected directly to the input 12 and whose inverting input is connected to a feedback loop 27 is connected directly to the output of the differential amplifier 26.
  • the voltage amplification stage is formed, for example, of an operational amplifier mounted as a voltage follower.
  • the reference voltage generator 18 is a class A amplifier having a very high linearity and a low output impedance.
  • the output impedance of the reference voltage generator is less than 0.2 ohms.
  • the differential amplifier 26 is powered by two direct voltages V + and V and consumes a current denoted respectively I + and I on each of these supply inputs.
  • Means for measuring the current consumed 28A, 28B are provided on each of the supply inputs of the differential amplifier 26.
  • These means are formed, for example, of current detectors as described in document US Pat. No. 6,937,095. They are capable of providing information representative of the current output by the reference voltage generator, the current i A supplied by the generator 18 being directly related to the current it consumes.
  • the outputs of the current sensors 28A, 28B are connected to an adder 30 whose output supplies the current i A consumed by the reference voltage generator and therefore the current supplied at the output of this same amplifier.
  • the control unit 25A comprises a linear regulator 32 receiving as input the current i A being connected at the output of the adder 30.
  • the regulator 32 comprises a linear amplification stage 34, a bypass stage 36 and an integration stage 38 each connected in parallel and receiving as input a value representative of the sum of the currents i A consumed by the reference voltage generator. 18.
  • the outputs of 34, 36 and 38 are connected to an adder 40 of the control unit 25A.
  • the regulator 32 is able to output a signal representative of the current supplied by the reference generator 18.
  • the regulator 32 is an integral proportional regulator (PI) integrating only a linear amplification stage 32 and an integration stage 38 without a bypass stage 36.
  • the regulator 32 is a stage of derived integral proportional type (PID) comprising the three stages 34, 36 and 38.
  • the summator 40 is connected by another input to the input 12, via a linear amplification stage 42 to receive the musical signal V in to be amplified.
  • the power current generator 19 and therefore the power voltage generator 20 are adapted to receive as input a combination of the audio signal to be amplified V in from the input 12 and a value representative of the current i A consumed by the reference voltage generator 18.
  • the power voltage generator 20 is formed in the example considered of a differential amplifier 50 mounted as a follower, and whose inverting input is connected directly to the output by a feedback loop 51. Its non-inverting input is connected to the output of the control unit 25A formed from the output of the adder 40 through a delay stage 54.
  • the differential amplifier 50 consists of a class D amplifier, that is to say an amplifier of the "push / pull" type comprising, according to its amplifier branch, two transistors. MOSFET “mounted anti-series, these two transistors being driven according to a pulse width modulation law.
  • the impedance 22 consists of an inductance, a resistance or a combination of both.
  • the two transistors are controlled according to a sigma / delta law.
  • the power voltage generator 20 consists of a class A or class AB amplifier.
  • the coupling inductance 22, whether it is a coil or a resistor has a module less than ten times the load module, namely the loudspeaker 16, in the frequency range useful.
  • the inductor 22 used in the case of a class AB amplifier to form the power generator 19 is less than 10 ⁇ .
  • the coupling inductance has a value less than 100 ⁇ .
  • control unit 25A of the current generator 19 comprises means 60 for introducing, for its control, to the input of the current generator 19, in addition to the signal representative of the current supplied at the output of the generator of reference voltage 18, a signal S L representative of the value of the coupling inductance 22.
  • the output of the means 60 is connected to an input of the adder 40 for taking into account the signal S L.
  • these means 60 are connected at the input to a stage 62 for measuring the current I D supplied at the output of the power voltage generator 20 and flowing through the coupling inductance 22.
  • stage 62 is connected to an adder 64 of stage 60 whose other input is connected the output of the adder 30 for receiving the intensity a i output from the voltage generator 18..
  • the intensity Î L OAD supplied to the load 16 at the output 14 of the amplifier is obtained the intensity Î L OAD supplied to the load 16 at the output 14 of the amplifier, this intensity being equal to the sum of the intensity i A supplied at the output of the voltage generator and the intensity i D output from the power current generator 19.
  • the output of summer 64 is connected to a bypass stage with respect to time 66 capable of outputting ⁇ L0AD.
  • This output is connected to a multiplier 68, whose other input terminal is connected to a stage 70 for supplying a value L (i D ) of the coupling inductance 22 as a function of the current i D passing therethrough.
  • This stage 70 comprises an input adapted to receive the intensity D passing through the inductor 22, this input being connected to the measurement stage 62.
  • the unit 70 is formed for example of a table of pre-recorded values suitable for providing at the output the value L (i D ) of the inductor 22 as a function of the intensity flowing in this inductance.
  • the output of the calculation unit of the value of the coupling inductance 70 is connected to an input of a multiplier 72, whose other input is connected to the output of the adder 30.
  • the output of the multiplier 72 is connected to the regulator input 32, allowing the regulator 32 to receive as input a signal representative of the current i A supplied at the output of the reference voltage generator 18, a signal Li A representative of the product of the value of the coupling inductance 22 and the current A i output from the reference voltage generator 18.
  • V V in + L ⁇ LD is therefore a perfect estimator of the voltage to be supplied to the generator 20 to maximize the ratio -.
  • the class A reference voltage generator 18 provides no current; in practice, the class A reference voltage generator merely provides a weak current intended to correct small imperfections in the implementation of each of the elementary functions (differentiator, integrator, L 22 value, etc.).
  • the circuit according to the invention makes it possible to in addition, on the one hand to modulate the value of L used in the calculation of the estimator of the voltage to be supplied to the power voltage generator 20 as a function of the current passing through it, and secondly to modulate the gain of the feedback of the servocontrol by the non-linear function connecting the value of L (i D ) to its current i D passing through it, in order to to be able to maximize the gains of the servocontrol for any value of the current passing through the inductor 22 and to avoid having to designate a ratio 2 for the gain margin during the design of the amplifier only to take account of the 50% decrease the value of the coupling inductance L on the current peaks.
  • the peak current of the Class A amplifier is only 150 milliamps (bottom curve) instead of the 1500 milliamps of the state of the art shown in the top curve of Figure 2.
  • the dissipation in the Class A amplifier is then divided by about ten which breaks down as follows:
  • the embodiment variant illustrated in FIG. 3 is devoid of measurement unit 62 of the current i D supplied at the output of the power voltage generator.
  • This unit 62 is replaced by a unit 82 for estimating the current i D supplied at the output of the power voltage generator 20.
  • the estimator 80 includes a first input connected at the output of the linear amplification stage 42 to receive the musical signal V in to be amplified.
  • the second input is connected at the output of the control unit 25A of the power supply generator 19. This input is connected to a delay unit 84 identical to the delay unit 54.
  • the unit output 84 is connected to a subtractor stage 86 whose other input is connected to the output of the linear amplification stage 42 to receive the musical signal V, M to be amplified.
  • the subtractor 86 is able to calculate the difference between the control signal input to the power generator 19 delayed by a delay ⁇ and the musical signal V, M to be amplified.
  • the output of the subtractor 86 is connected to the input of a divider 88 whose other input is connected to a unit 90 for calculating the value of the coupling inductance 22 as a function of the intensity passing therethrough.
  • This divider 88 is able to divide the difference resulting from the subtractor 86 by the calculated inductance L.
  • This quantity is introduced into an integrator 92 whose output provides an estimate of the intensity i D supplied by the reference voltage generator 20.
  • the output of the integrator 92 is also connected to the input of the unit 90. estimating the value of the coupling inductance L in order to output the inductance therefrom as a function of the estimated intensity i D.
  • the estimator operates here by integrating the estimated potential difference at the edges of the coupling inductance 22 and uses the current or previous value of the estimator to non-linearly calculate an estimate of the L-value as a function of the current. D through.
  • the estimator 80 of the current i D is found, but the output of this estimator is no longer used at the input of the control unit 25A but only for the determination of the value L of the inductor 22 as a function of the current flowing therethrough.
  • the summator 64 of Figures 1 and 3 is deleted. This is made possible since reverse integration and derivation operations are performed in units 92 and 66.
  • the value L of the coupling inductance is assumed not to depend on the intensity i D through it. This is made possible since the inductance 22 is assumed to have an oversized coupling inductance value in current and for which the magnetic saturation phenomena are negligible. Alternatively, the inductor 22 can be made without the use of ferromagnetic materials (air inductance) or have a gap in its magnetic circuit. Magnetic saturation phenomena are considered negligible when they are less than 10% saturation.
  • An oversized coupling inductance has a value between 0.1 ⁇ and 100 ⁇ for a current of 50A.
  • the control block is simplified and the adder 40 receives as input only the control signal delayed by a delay ⁇ by the retarder 84.
  • the value representative of the current supplied by the reference voltage generator introduced into the PID regulator 32 is given by the difference of the potentials measured across the inductance 22 and a complementary resistance disposed between the coupling point 24 and the output 14 according to the assembly described in the document FR 2 873 872.

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Abstract

This audio amplifier comprises: - an input (12) for an audio signal to be amplified (Vin) and an output (14) for powering a load (16) on the basis of the amplified audio signal; - a generator (18) of reference voltage of very high linearity and low output impedance, able to receive as input the audio signal to be amplified (Vin); - a power current generator (19) comprising a power voltage generator (20) whose output is connected to the output of the reference voltage generator (18) through a coupling inductance (22); and - means (32, 40, 42, 60) for introducing, for its control, as input to the power current generator (19) a signal representative of the current (iA) provided as output by the reference voltage generator (18). The said means (32, 40, 42, 60) for introducing, for its control, as input to the current generator (19), a signal representative of the current (iA) provided as output from the reference voltage generator (18), are able to introduce, furthermore, a signal (Formula (I)), representative of the product of the value (L(iD)) of the coupling inductance (22) and of the derivative with respect to time of the current (Formula (I)) provided to the load (16).

Description

Amplificateur audio  Audio amplifier
La présente invention concerne un amplificateur audio très haute-fidélité à faible distorsion et haut rendement du type comportant :  The present invention relates to a high-fidelity audio amplifier with low distortion and high efficiency of the type comprising:
- une entrée pour un signal audio à amplifier et une sortie d'alimentation d'une charge à partir du signal audio amplifié ;  an input for an audio signal to be amplified and a power output of a load from the amplified audio signal;
- un générateur de tension de référence de très haute linéarité et de faible impédance de sortie, propre à recevoir en entrée le signal audio à amplifier ;  a reference voltage generator of very high linearity and low output impedance, able to receive as input the audio signal to be amplified;
- un générateur de courant de puissance, comportant un générateur de tension de puissance, dont la sortie est connectée à la sortie du générateur de tension de référence, au travers d'une inductance de couplage ; et  a power current generator, comprising a power voltage generator, the output of which is connected to the output of the reference voltage generator, through a coupling inductance; and
- des moyens pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant de puissance un signal représentatif du courant fourni en sortie par le générateur de tension de référence.  means for introducing, for its control, into the input of the power current generator a signal representative of the current supplied at the output by the reference voltage generator.
La demande de brevet WO-201 1 /107 669 décrit le couplage d'un amplificateur analogique classe A, formé d'un générateur de tension de référence et d'un amplificateur numérique classe D constituant un générateur de tension de puissance, lequel est couplé à la sortie du générateur de tension de référence par une inductance, avec laquelle il forme alors une source de courant.  The patent application WO-201 1/107 669 describes the coupling of an analog class A amplifier formed of a reference voltage generator and a class D digital amplifier constituting a power voltage generator, which is coupled at the output of the reference voltage generator by an inductor, with which it then forms a current source.
L'association d'un amplificateur classe A et d'un amplificateur classe D a pour but de créer un amplificateur de très fort rendement et de très haute linéarité.  The purpose of the combination of a class A amplifier and a class D amplifier is to create an amplifier with very high efficiency and very high linearity.
En pratique, plusieurs phénomènes limitent le rendement total d'un tel amplificateur, sa capacité à reproduire les hautes fréquences, et sa puissance maximale atteignable. Ces phénomènes sont notamment les suivants.  In practice, several phenomena limit the total efficiency of such an amplifier, its ability to reproduce high frequencies, and its maximum achievable power. These phenomena include the following.
Les pertes de commutation des transistors MOS de l'amplificateur classe D sont proportionnelles à la fréquence de commutation. Pour cette raison, en pratique, cette fréquence ne peut pas dépasser significativement 500 kHz pour des tensions supérieures à 100 volts.  The switching losses of the MOS transistors of the class D amplifier are proportional to the switching frequency. For this reason, in practice, this frequency can not exceed significantly 500 kHz for voltages greater than 100 volts.
En outre, la valeur de l'inductance de sortie de l'amplificateur en classe D doit être aussi petite que possible pour permettre une vitesse de balayage maximale en courant (désignée par slew rate en anglais) permettant ainsi la reproduction des hautes fréquences du spectre audio. Toutefois, diminuer la valeur de cette inductance produit les deux effets néfastes suivants :  In addition, the value of the output inductance of the amplifier in class D shall be as small as possible to allow a maximum current scanning rate (referred to as slew rate in English) thus allowing reproduction of the high frequencies of the spectrum. audio. However, decreasing the value of this inductance produces the following two adverse effects:
- l'ondulation triangulaire du courant (ou current ripple en anglais) dans l'inductance de l'amplificateur classe D est inversement proportionnelle à la fréquence de commutation et inversement proportionnelle à la valeur de l'inductance. Or, le courant triangulaire haute fréquence est totalement absorbé et dissipé par l'amplificateur analogique classe A, ce qui provoque une dissipation thermique importante et diminue le rendement du système ; the triangular current ripple (or current ripple in English) in the inductance of the class D amplifier is inversely proportional to the switching frequency and inversely proportional to the value of the inductance. However, the high-frequency triangular current is totally absorbed and dissipated by the amplifier Class A analog, which causes significant heat dissipation and decreases system performance;
- le gain maximal autorisé pour rester dans les limites de stabilité dans le cas d'un asservissement proportionnel intégral (PI) de l'amplificateur classe D par le courant consommé par l'amplificateur classe A est directement proportionnel à la valeur de l'inductance de l'amplificateur classe D et inversement proportionnel à la somme de tous les délais et retards du système constitués notamment des délais de calcul des microcontrôleurs et des délais inhérents à l'utilisation d'une régulation de type PWM.  - the maximum gain allowed to remain within the stability limits in the case of integral proportional servo (PI) of the class D amplifier by the current consumed by the class A amplifier is directly proportional to the value of the inductance the class D amplifier and inversely proportional to the sum of all the delays and delays of the system consisting in particular microcontrollers calculation times and delays inherent in the use of a PWM type of control.
Le compromis à réaliser entre les contraintes technologiques des transistors commutant, la bande passante à reproduire et l'impédance habituelle des haut-parleurs à alimenter conduit à des valeurs de gain proportionnel et intégral maximales trop faibles au-delà de 10 kHz environ, réduisant à moins de un dixième le ratio du courant fourni par l'amplificateur classe A sur le courant fourni par l'amplificateur classe D à 20 kHz. En basse fréquence, de tels problèmes de gain n'existent pas, l'intégrateur présent dans le système de contrôle présentant un gain très élevé.  The compromise to be made between the technological constraints of the switching transistors, the bandwidth to be reproduced and the usual impedance of the loudspeakers to be powered leads to values of maximum proportional and integral gain that are too low beyond about 10 kHz, reducing to less than one tenth the ratio of the current supplied by the class A amplifier to the current supplied by the class D amplifier at 20 kHz. In low frequency, such gain problems do not exist, the integrator present in the control system having a very high gain.
La solution mise en œuvre dans le document WO 201 1/107 669, consistant à ajouter le signal représentatif de la tension en entrée de l'amplificateur classe A au signal de commande de l'amplificateur classe D vise à ce que, en l'absence de tout courant dans l'amplificateur classe A, après convergence vers zéro de l'intégrateur du système de contrôle de l'amplificateur classe D, la tension aux bornes de l'impédance de couplage et le courant traversant cette impédance soient nuls quelle que soit la tension d'entrée. Or, cette condition s'avère difficile à satisfaire si les impédances complexes de la charge et de l'inductance de couplage ont des arguments différents, ce qui est généralement le cas, principalement lorsque l'impédance de couplage a une résistance très faible et une inductance élevée alors que l'impédance de la charge est essentiellement résistive.  The solution implemented in the document WO 201 1/107 669, of adding the signal representative of the input voltage of the class A amplifier to the control signal of the class D amplifier is aimed at absence of any current in the class A amplifier, after convergence to zero of the integrator of the control system of the amplifier class D, the voltage across the coupling impedance and the current flowing through this impedance are zero whatever the input voltage. However, this condition proves difficult to satisfy if the complex impedances of the load and of the coupling inductance have different arguments, which is generally the case, mainly when the coupling impedance has a very low resistance and a high inductance while the impedance of the load is essentially resistive.
Dans ces conditions, l'amplificateur classe A est très sollicité lors de la reproduction de hautes fréquences notamment supérieures à 10 kHz.  Under these conditions, the class A amplifier is very stressed when reproducing high frequencies, especially greater than 10 kHz.
L'invention a pour but d'améliorer le ratio de courant fourni par l'amplificateur classe A sur le courant fourni par l'amplificateur classe D pour des fréquences élevées, permettant ainsi de réduire réchauffement de l'amplificateur classe A tout en augmentant la bande passante utile.  The object of the invention is to improve the current ratio provided by the class A amplifier to the current supplied by the class D amplifier for high frequencies, thus making it possible to reduce the heating of the class A amplifier while increasing the useful bandwidth.
A cet effet, l'invention a pour objet un amplificateur audio du type précité, caractérisé en ce que lesdits moyens pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant, un signal représentatif du courant fourni en sortie du générateur de tension de référence, sont propres à introduire, en outre, un signal représentatif du produit de la valeur de l'inductance de couplage et de la dérivée par rapport au temps du courant fourni à la charge. For this purpose, the subject of the invention is an audio amplifier of the aforementioned type, characterized in that said means for introducing, for its control, at the input of the current generator, a signal representative of the current supplied at the output of the voltage generator of reference, are suitable for introducing, in addition, a signal representative of the produces the value of the coupling inductance and the time derivative of the current supplied to the load.
Suivant des modes particuliers de réalisation, l'amplificateur comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :  According to particular embodiments, the amplifier comprises one or more of the following features:
- les moyens pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant de puissance, un signal représentatif du courant fourni en sortie par le générateur de tension de référence comportent un régulateur dérivé-proportionnel-intégral ;  the means for introducing, for its control, at the input of the power current generator, a signal representative of the current output by the reference voltage generator comprises a derivative-proportional-integral regulator;
- le signal représentatif du produit de la valeur de l'inductance de couplage et de la dérivée par rapport au temps du courant fourni à la charge est le produit de la valeur de l'inductance de couplage et de la dérivée par rapport au temps du courant fourni à la charge depuis la sortie ;  the signal representative of the product of the value of the coupling inductance and the time derivative of the current supplied to the load is the product of the value of the coupling inductance and the derivative with respect to the time of the current supplied to the load from the output;
- les moyens pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant de puissance un signal représentatif du courant fourni en sortie par le générateur de tension de référence sont propres à introduire, en entrée du générateur de courant, un signal comprenant à la fois un signal représentatif du signal audio à amplifier et le produit de la valeur de l'inductance de couplage et de la dérivée par rapport au temps du courant fourni à la charge depuis la sortie ;  the means for introducing, for its control, at the input of the power current generator a signal representative of the current supplied at the output by the reference voltage generator are able to introduce, at the input of the current generator, a signal comprising at the a signal representative of the audio signal to be amplified and the product of the value of the coupling inductance and the time derivative of the current supplied to the load from the output;
- les moyens pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant de puissance, un signal représentatif du courant fourni en sortie par le générateur de tension de référence sont propres à introduire, en tant que signal représentatif du courant fourni en sortie du générateur de tension de référence, un signal comprenant le produit de la valeur de l'inductance de couplage et de la valeur du courant fourni en sortie du générateur de tension de référence ;  the means for introducing, for its control, at the input of the power current generator, a signal representative of the current supplied at the output by the reference voltage generator are able to introduce, as a signal representative of the current supplied at the output of the reference voltage generator, a signal comprising the product of the value of the coupling inductance and the value of the current supplied at the output of the reference voltage generator;
- ledit amplificateur comporte des moyens de mesure du courant fourni en sortie du générateur de tension de puissance et des moyens de calcul de la valeur de l'inductance de couplage en fonction du courant fourni en sortie du générateur de tension de puissance ;  said amplifier comprises means for measuring the current supplied at the output of the power voltage generator and means for calculating the value of the coupling inductance as a function of the current supplied at the output of the power voltage generator;
- ledit amplificateur comporte, d'une part, des moyens d'estimation du courant fourni en sortie du générateur de tension de puissance à partir du courant fourni en sortie du générateur de tension de référence et d'un signal représentatif du signal audio à amplifier et, d'autre part, des moyens de calcul de la valeur de l'inductance de couplage en fonction du courant fourni en sortie du générateur de tension de puissance ;  said amplifier comprises, on the one hand, means for estimating the current supplied at the output of the power voltage generator from the current supplied at the output of the reference voltage generator and a signal representative of the audio signal to be amplified; and, on the other hand, means for calculating the value of the coupling inductance as a function of the current supplied at the output of the power voltage generator;
- lesdits moyens d'estimation du courant fourni en sortie du générateur de tension de puissance comportent un étage d'intégration du quotient de la différence du signal de commande du générateur de courant de puissance et du signal représentatif du signal audio à amplifier par une estimation de la valeur de l'inductance de couplage ; - les moyens pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant, un signal représentatif du courant fourni en sortie du générateur de tension de référence et un signal représentatif du produit de la valeur de l'inductance de couplage et de la dérivée par rapport au temps du courant fourni à la charge comprennent la réintroduction du signal de commande du générateur de courant de puissance avec un retard prédéterminé en entrée du générateur de courant de puissance ; et said means for estimating the current supplied at the output of the power voltage generator comprise an integration stage of the quotient of the difference of the control signal of the power current generator and the signal representative of the audio signal to be amplified by an estimation. the value of the coupling inductance; the means for introducing, for its control, at the input of the current generator, a signal representative of the current supplied at the output of the reference voltage generator and a signal representative of the product of the value of the coupling inductance and the derivative. in relation to the time of the current supplied to the load comprises reintroducing the control signal of the power generator with a predetermined delay at the input of the power generator; and
- la valeur de l'inductance de couplage est supérieure à 1 micro Henry et les moyens pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant, un signal représentatif du courant fourni en sortie du générateur de tension de référence et un signal représentatif du produit de la valeur de l'inductance de couplage et de la dérivée par rapport au temps du courant fourni à la charge comprennent seulement un moyen la réintroduction du signal de commande du générateur de courant de puissance avec un retard prédéterminé en entrée du générateur de courant de puissance.  the value of the coupling inductance is greater than 1 micro Henry and the means for introducing, for its control, at the input of the current generator, a signal representative of the current supplied at the output of the reference voltage generator and a representative signal of the product of the value of the coupling inductance and the time derivative of the current supplied to the load comprise only one means the reintroduction of the control signal of the power current generator with a predetermined delay at the input of the generator of power current.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels :  The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example and with reference to the drawings in which:
- la figure 1 est un schéma électrique d'un amplificateur audio haute-fidélité à faible distorsion et très haut rendement selon un premier mode de réalisation de l'invention ;  - Figure 1 is a circuit diagram of a high fidelity audio amplifier low distortion and very high efficiency according to a first embodiment of the invention;
- la figure 2 est un graphique montrant la valeur du courant fourni par l'amplificateur classe A en l'absence de l'invention et lors de la mise en œuvre de l'invention ; et  FIG. 2 is a graph showing the value of the current supplied by the class A amplifier in the absence of the invention and during the implementation of the invention; and
- les figures 3, 4 et 5 sont les schémas électriques de trois variantes de réalisation d'un amplificateur selon l'invention.  - Figures 3, 4 and 5 are the electrical diagrams of three embodiments of an amplifier according to the invention.
L'amplificateur audio 10 représenté sur la figure 1 comporte une entrée 12 propre à recevoir un signal audio analogique à amplifier Vin et une sortie 14 de fourniture du signal amplifié à laquelle est reliée une charge formée d'un haut-parleur 16. Le haut- parleur 16 est relié directement, sans autre élément résistif, entre la sortie 14 de l'amplificateur et la masse. The audio amplifier 10 shown in FIG. 1 comprises an input 12 able to receive an analog audio signal to be amplified V in and an output 14 for supplying the amplified signal to which a load formed of a loudspeaker 16 is connected. The loudspeaker 16 is connected directly, without any other resistive element, between the output 14 of the amplifier and the ground.
L'entrée 12 de l'amplificateur est propre à recevoir une tension de commande dont la référence est la masse.  The input 12 of the amplifier is adapted to receive a control voltage whose reference is the ground.
L'amplificateur 10 comporte un générateur de tension de référence 18 de très haute linéarité et de faible impédance de sortie formant un amplificateur class A et une source de courant de puissance 19 formant un amplificateur class D, dont les deux sorties sont couplées directement pour former la sortie 14 de l'amplificateur.  The amplifier 10 comprises a reference voltage generator 18 of very high linearity and low output impedance forming a class A amplifier and a power source 19 forming a class D amplifier, the two outputs of which are coupled directly to form the output 14 of the amplifier.
La source de courant de puissance 19 comprend un générateur de tension de puissance 20 et une inductance de couplage 22 reliée en sortie du générateur de tension de puissance 20 et au travers de laquelle le générateur de tension 20 est accouplé au générateur de tension de référence 18. L'inductance de couplage est formée d'une bobine ayant une faible résistance. The power source 19 comprises a power voltage generator 20 and a coupling inductor 22 connected at the output of the voltage generator 20 and through which the voltage generator 20 is coupled to the reference voltage generator 18. The coupling inductance is formed of a coil having a low resistance.
L'entrée du générateur de tension de référence 18 est reliée à l'entrée 12 de l'amplificateur, alors que la sortie de l'amplificateur de tension de référence 18 est reliée directement à la sortie 14 sans interposition d'aucun élément résistif, capacitif ou inductif.  The input of the reference voltage generator 18 is connected to the input 12 of the amplifier, while the output of the reference voltage amplifier 18 is connected directly to the output 14 without the interposition of any resistive element, capacitive or inductive.
Les sorties des générateurs de tension 18 et 20 sont reliées en un point de couplage 24, l'inductance de couplage 22 étant disposée entre la sortie du générateur de tension de puissance 20 et le point de couplage 24.  The outputs of the voltage generators 18 and 20 are connected at a coupling point 24, the coupling inductance 22 being arranged between the output of the power voltage generator 20 and the coupling point 24.
Dans le mode de réalisation envisagé, l'inductance de couplage 22 comprend deux inductances 23A, 23B montées en série et dont le point milieu d'interconnexion est relié à la masse par une impédance de connexion 25.  In the embodiment envisaged, the coupling inductance 22 comprises two series-connected inductors 23A, 23B whose interconnection midpoint is connected to ground by a connection impedance 25.
L'inductance totale de l'inductance de couplage 22 est comprise entre 1 micro Henry et 1 milli Henry. Le générateur de courant de puissance 20 est commandé par une unité de commande 25A.  The total inductance of the coupling inductance 22 is between 1 micro Henry and 1 milli Henry. The power generator 20 is controlled by a control unit 25A.
Le générateur de tension de référence 18 comporte un étage d'amplification de tension 26 schématisé par un amplificateur différentiel dont l'entrée non inverseuse est reliée directement à l'entrée 12 et dont l'entrée inverseuse est reliée à une boucle de contre-réaction 27 reliée directement à la sortie de l'amplificateur différentiel 26. De préférence, l'étage d'amplification en tension est formé, par exemple, d'un amplificateur opérationnel monté en suiveur en tension.  The reference voltage generator 18 comprises a voltage amplification stage 26 schematized by a differential amplifier whose non-inverting input is connected directly to the input 12 and whose inverting input is connected to a feedback loop 27 is connected directly to the output of the differential amplifier 26. Preferably, the voltage amplification stage is formed, for example, of an operational amplifier mounted as a voltage follower.
Le générateur 18 de tension de référence est un amplificateur de classe A ayant une très haute linéarité et une faible impédance de sortie. De préférence, l'impédance de sortie du générateur de tension de référence est inférieure à 0,2 Ohms.  The reference voltage generator 18 is a class A amplifier having a very high linearity and a low output impedance. Preferably, the output impedance of the reference voltage generator is less than 0.2 ohms.
L'amplificateur différentiel 26 est alimenté par deux tensions continues V+ et V. et consomme un courant noté respectivement l+ et I. sur chacune de ces entrées d'alimentation. The differential amplifier 26 is powered by two direct voltages V + and V and consumes a current denoted respectively I + and I on each of these supply inputs.
Des moyens de mesure du courant consommé 28A, 28B sont prévus sur chacune des entrées d'alimentation de l'amplificateur différentiel 26.  Means for measuring the current consumed 28A, 28B are provided on each of the supply inputs of the differential amplifier 26.
Ces moyens sont formés par exemple de détecteurs de courant comme décrits dans le document US 6 937 095. Ils sont propres à fournir une information représentative du courant fourni en sortie par le générateur de tension référence, le courant iA fourni par le générateur 18 étant directement lié au courant qu'il consomme. These means are formed, for example, of current detectors as described in document US Pat. No. 6,937,095. They are capable of providing information representative of the current output by the reference voltage generator, the current i A supplied by the generator 18 being directly related to the current it consumes.
Les sorties des capteurs de courant 28A, 28B sont reliées à un sommateur 30 dont la sortie fournit le courant iA consommé par le générateur de tension de référence et donc le courant fourni en sortie de ce même amplificateur. L'unité de commande 25A comporte un régulateur linéaire 32 recevant en entrée le courant iA en étant connecté en sortie du sommateur 30. The outputs of the current sensors 28A, 28B are connected to an adder 30 whose output supplies the current i A consumed by the reference voltage generator and therefore the current supplied at the output of this same amplifier. The control unit 25A comprises a linear regulator 32 receiving as input the current i A being connected at the output of the adder 30.
Le régulateur 32 comporte un étage d'amplification linéaire 34, un étage de dérivation 36 et un étage d'intégration 38 chacun monté en parallèle et recevant en entrée une valeur représentative de la somme des courants iA consommés par le générateur de tension de référence 18. Les sorties des 34, 36 et 38 sont reliées à un sommateur 40 de l'unité de commande 25A. Ainsi, le régulateur 32 est propre à fournir en sortie un signal représentatif du courant fourni en sortie par le générateur de référence 18. The regulator 32 comprises a linear amplification stage 34, a bypass stage 36 and an integration stage 38 each connected in parallel and receiving as input a value representative of the sum of the currents i A consumed by the reference voltage generator. 18. The outputs of 34, 36 and 38 are connected to an adder 40 of the control unit 25A. Thus, the regulator 32 is able to output a signal representative of the current supplied by the reference generator 18.
Suivant un premier mode de réalisation, le régulateur 32 est un régulateur proportionnel intégral (PI) intégrant seulement un étage d'amplification linéaire 32 et un étage d'intégration 38 sans étage de dérivation 36. En variante, le régulateur 32 est un étage de type proportionnel intégral dérivé (PID) comportant les trois étages 34, 36 et 38.  According to a first embodiment, the regulator 32 is an integral proportional regulator (PI) integrating only a linear amplification stage 32 and an integration stage 38 without a bypass stage 36. In a variant, the regulator 32 is a stage of derived integral proportional type (PID) comprising the three stages 34, 36 and 38.
Le sommateur 40 est connecté par une autre entrée à l'entrée 12, par l'intermédiaire d'un étage d'amplification linéaire 42 pour recevoir le signal musical Vin à amplifier. The summator 40 is connected by another input to the input 12, via a linear amplification stage 42 to receive the musical signal V in to be amplified.
Ainsi, le générateur de courant de puissance 19 et donc le générateur de tension de puissance 20 sont propres à recevoir en entrée une combinaison du signal audio à amplifier Vin issu de l'entrée 12 et une valeur représentative du courant iA consommé par le générateur de tension de référence 18. Thus, the power current generator 19 and therefore the power voltage generator 20 are adapted to receive as input a combination of the audio signal to be amplified V in from the input 12 and a value representative of the current i A consumed by the reference voltage generator 18.
Le générateur de tension de puissance 20 est formé dans l'exemple considéré d'un amplificateur différentiel 50 monté en suiveur, et dont l'entrée inverseuse est connectée directement à la sortie par une boucle de contre-réaction 51 . Son entrée non inverseuse est reliée à la sortie de l'unité de commande 25A formée de la sortie du sommateur 40 au travers d'un étage de retard 54.  The power voltage generator 20 is formed in the example considered of a differential amplifier 50 mounted as a follower, and whose inverting input is connected directly to the output by a feedback loop 51. Its non-inverting input is connected to the output of the control unit 25A formed from the output of the adder 40 through a delay stage 54.
Suivant un premier mode de réalisation, l'amplificateur différentiel 50 est constitué d'un amplificateur de classe D, c'est-à-dire d'un amplificateur de type « push/pull » comportant suivant sa branche d'amplificateur deux transistors « MOSFET » montés en anti-série, ces deux transistors étant pilotés suivant une loi de modulation par largeur d'impulsion. Dans ce cas, l'impédance 22 est constituée d'une inductance, d'une résistance ou de la combinaison des deux. En variante, les deux transistors sont pilotés suivant une loi en sigma/delta.  According to a first embodiment, the differential amplifier 50 consists of a class D amplifier, that is to say an amplifier of the "push / pull" type comprising, according to its amplifier branch, two transistors. MOSFET "mounted anti-series, these two transistors being driven according to a pulse width modulation law. In this case, the impedance 22 consists of an inductance, a resistance or a combination of both. Alternatively, the two transistors are controlled according to a sigma / delta law.
Suivant un autre mode de réalisation, le générateur de tension de puissance 20 est constitué d'un amplificateur de classe A ou de classe AB.  According to another embodiment, the power voltage generator 20 consists of a class A or class AB amplifier.
Avantageusement, l'inductance de couplage 22, qu'il s'agisse d'une bobine ou d'une résistance a un module inférieur à dix fois le module de la charge, à savoir du haut- parleur 16, dans la gamme de fréquence utile. Ainsi, par exemple pour un haut-parleur dont la résistance est de 8 Ohms, l'inductance 22 utilisée dans le cas d'un amplificateur de classe AB pour former le générateur de courant de puissance 19 est inférieure à 10μΗ. Advantageously, the coupling inductance 22, whether it is a coil or a resistor has a module less than ten times the load module, namely the loudspeaker 16, in the frequency range useful. Thus, for example for a speaker whose resistance is 8 Ohms, the inductor 22 used in the case of a class AB amplifier to form the power generator 19 is less than 10μΗ.
De même, dans le cas d'un amplificateur de class D formant le générateur de tension de puissance 20, pour alimenter un haut-parleur dont l'inductance est de 1 mH et la résistance de 4 Ohms, l'inductance de couplage a une valeur inférieure à 100μΗ.  Similarly, in the case of a class D amplifier forming the power voltage generator 20, to supply a speaker whose inductance is 1 mH and the resistance of 4 Ohms, the coupling inductance has a value less than 100μΗ.
Selon l'invention, l'unité de commande 25A du générateur de courant 19 comporte des moyens 60 pour introduire, pour sa commande, à l'entrée du générateur de courant 19, en plus du signal représentatif du courant fourni en sortie du générateur de tension de référence 18, un signal SL représentatif de la valeur de l'inductance de couplage 22. La sortie des moyens 60 est reliée à une entrée du sommateur 40 pour la prise en compte du signal SL. According to the invention, the control unit 25A of the current generator 19 comprises means 60 for introducing, for its control, to the input of the current generator 19, in addition to the signal representative of the current supplied at the output of the generator of reference voltage 18, a signal S L representative of the value of the coupling inductance 22. The output of the means 60 is connected to an input of the adder 40 for taking into account the signal S L.
Dans le mode de réalisation de la figure 1 , ces moyens 60 sont reliés en entrée à un étage 62 de mesure du courant lD fourni en sortie du générateur de tension de puissance 20 et circulant au travers de l'inductance de couplage 22. Cet étage 62 est relié à un sommateur 64 de l'étage 60 dont l'autre entrée est reliée en sortie du sommateur 30 pour recevoir l'intensité iA fournie en sortie du générateur de tension 18.. Ainsi, en sortie du sommateur 64 est obtenue l'intensité ÎLOAD fournie à la charge 16 en sortie 14 de l'amplificateur, cette intensité étant égale à la somme de l'intensité iA fournie en sortie du générateur de tension et l'intensité iD fournie en sortie du générateur de courant de puissance 19. La sortie du sommateur 64 est connectée à un étage de dérivation par rapport au temps 66 propre à fournir en sortie ^L0AD . In the embodiment of FIG. 1, these means 60 are connected at the input to a stage 62 for measuring the current I D supplied at the output of the power voltage generator 20 and flowing through the coupling inductance 22. stage 62 is connected to an adder 64 of stage 60 whose other input is connected the output of the adder 30 for receiving the intensity a i output from the voltage generator 18.. Thus, at the output of the summator 64 is obtained the intensity Î L OAD supplied to the load 16 at the output 14 of the amplifier, this intensity being equal to the sum of the intensity i A supplied at the output of the voltage generator and the intensity i D output from the power current generator 19. the output of summer 64 is connected to a bypass stage with respect to time 66 capable of outputting ^ L0AD.
dt  dt
Cette sortie est reliée à un multiplicateur 68, dont l'autre borne d'entrée est reliée à un étage 70 de fourniture d'une valeur L(iD) de l'inductance de couplage 22 en fonction du courant iD la traversant. Cet étage 70 comporte une entrée propre à recevoir l'intensité iD traversant l'inductance 22, cette entrée étant reliée à l'étage de mesure 62. L'unité 70 est formée par exemple d'une table de valeurs préenregistrées propres à fournir en sortie la valeur L(iD) de l'inductance 22 en fonction de l'intensité circulant dans cette inductance. This output is connected to a multiplier 68, whose other input terminal is connected to a stage 70 for supplying a value L (i D ) of the coupling inductance 22 as a function of the current i D passing therethrough. This stage 70 comprises an input adapted to receive the intensity D passing through the inductor 22, this input being connected to the measurement stage 62. The unit 70 is formed for example of a table of pre-recorded values suitable for providing at the output the value L (i D ) of the inductor 22 as a function of the intensity flowing in this inductance.
La sortie du multiplicateur 68 est reliée à l'entrée du sommateur 40 et fournit le signal SL, lequel est égal au produit de l'inductance du couplage L(iD) et de la dérivée par rapport au temps du courant fourni à la charge depuis la sortie 14 soit SL = L(iD ) ^L0AD . The output of the multiplier 68 is connected to the input of the adder 40 and supplies the signal S L , which is equal to the product of the inductance of the coupling L (i D ) and of the derivative with respect to the time of the current supplied to the load from the output 14 is S L = L (i D ) ^ L0AD .
dt dt
Avantageusement, la sortie de l'unité de calcul de la valeur de l'inductance de couplage 70 est reliée à une entrée d'un multiplicateur 72, dont l'autre entrée est reliée à la sortie du sommateur 30. La sortie du multiplicateur 72 est reliée à l'entrée du régulateur 32, permettant que le régulateur 32 reçoive en entrée en tant que signal représentatif du courant iA fourni en sortie du générateur de tension de référence 18, un signal LiA représentatif du produit de la valeur de l'inductance de couplage 22 et du courant iA fourni en sortie du générateur de tension de référence 18. Advantageously, the output of the calculation unit of the value of the coupling inductance 70 is connected to an input of a multiplier 72, whose other input is connected to the output of the adder 30. The output of the multiplier 72 is connected to the regulator input 32, allowing the regulator 32 to receive as input a signal representative of the current i A supplied at the output of the reference voltage generator 18, a signal Li A representative of the product of the value of the coupling inductance 22 and the current A i output from the reference voltage generator 18.
On comprend qu'avec un tel circuit, la tension ajoutée pour la commande du générateur de courant de puissance 19, en plus de la sortie du régulateur 32 est égale à It is understood that with such a circuit, the added voltage for the control of the power generator 19, in addition to the output of the regulator 32 is equal to
Dans le cas où la sortie du régulateur 32 est égale à zéro (le générateur de tension de référence 18 ne fournit alors aucun courant), comme les générateurs de référence 18 et de puissance 20 sont à gain unitaire, la tension au point 24 vaut Vin et la tension de sortie di L,OAD  In the case where the output of the regulator 32 is equal to zero (the reference voltage generator 18 then provides no current), as the reference generators 18 and power 20 are unit gain, the voltage at point 24 is worth Vin and the output voltage di L, OAD
du générateur de tension de référence 20 vaut V of the reference voltage generator 20 is V
dt  dt
La tension aux bornes de l'inductance 22 est alors égale à la différence des deux tensions précédentes, soit V. = Vin - (Vin + L^^) = -L^^ . The voltage across the inductance 22 is then equal to the difference of the two preceding voltages, ie V. = V in - (V in + L ^^) = -L ^^.
dt dt  dt dt
Il en découle immédiatement que l'inductance 22 est parcourue par le courant iLOAD, car une inductance L traversée par un courant i voit naître à ses bornes une différence de potentiel égale àIt follows immediately that the inductance 22 is traversed by the current i LOAD , because a L inductance crossed by a current i sees emerging at its terminals a potential difference equal to
Dans ces conditions, l'intégralité du courant fourni à la charge 16 provient du générateur de tension de puissance 20. Le signal V= Vin + L ^L D est donc un estimateur parfait de la tension à fournir au générateur 20 pour maximiser le ratio— . Under these conditions, the entire current supplied to the load 16 comes from the power voltage generator 20. The signal V = V in + L ^ LD is therefore a perfect estimator of the voltage to be supplied to the generator 20 to maximize the ratio -.
iA i A
II est à noter que le résultat précédant est vrai quelle que soit la charge 16 connectée en sortie 14 de l'amplificateur 10, quelle que soit la fréquence du signal amplifié et quel que soit le gain de l'asservissement de l'amplificateur 50. Ainsi, en théorie, le générateur de tension de référence classe A 18 ne fournit aucun courant ; en pratique, le générateur de tension de référence classe A se contente de fournir un courant faible destiné à corriger les petites imperfections de réalisation de chacune des fonctions élémentaires (dérivateur, intégrateur, valeur de L 22, etc.). It should be noted that the preceding result is true regardless of the load 16 connected to the output 14 of the amplifier 10, regardless of the frequency of the amplified signal and regardless of the gain of the servocontrol of the amplifier 50. Thus, in theory, the class A reference voltage generator 18 provides no current; in practice, the class A reference voltage generator merely provides a weak current intended to correct small imperfections in the implementation of each of the elementary functions (differentiator, integrator, L 22 value, etc.).
On conçoit que la valeur de l'inductance L(iD) variant très fortement (jusqu'à - 50%), et de manière totalement non linéaire en fonction du courant iD qui la traverse, le circuit selon l'invention permet en outre, d'une part de moduler la valeur de L utilisée dans le calcul de l'estimateur de la tension à fournir au générateur de tension de puissance 20 en fonction du courant qui la traverse, et d'autre part de moduler le gain de la rétro-action de l'asservissement par la fonction non linéaire reliant la valeur de L(iD) à son courant iD la traversant, afin de pouvoir maximiser les gains de l'asservissement pour toute valeur du courant traversant l'inductance 22 et pour éviter de devoir lors de la conception de l'amplificateur prévoir un ratio 2 pour la marge de gain uniquement pour tenir compte de la baisse de 50% de la valeur de l'inductance L de couplage sur les crêtes de courant. It can be seen that the value of the inductance L (i D ) varies very strongly (up to -50%), and in a completely non-linear manner as a function of the current i D which passes through it, the circuit according to the invention makes it possible to in addition, on the one hand to modulate the value of L used in the calculation of the estimator of the voltage to be supplied to the power voltage generator 20 as a function of the current passing through it, and secondly to modulate the gain of the feedback of the servocontrol by the non-linear function connecting the value of L (i D ) to its current i D passing through it, in order to to be able to maximize the gains of the servocontrol for any value of the current passing through the inductor 22 and to avoid having to designate a ratio 2 for the gain margin during the design of the amplifier only to take account of the 50% decrease the value of the coupling inductance L on the current peaks.
On constate que l'ajout de la correction réduit très sensiblement la valeur du courant fourni par l'amplificateur classe A à 20 kHz comme illustré sur la figure 2.  It can be seen that the addition of the correction very substantially reduces the value of the current supplied by the class A amplifier at 20 kHz as illustrated in FIG.
Le courant crête de l'amplificateur classe A n'est plus que de 150 milliampères seulement (courbe du bas) au lieu des 1500 milliampères de l'état de la technique illustré sur la courbe du haut de la figure 2. La dissipation dans l'amplificateur classe A est alors divisée par dix environ qui se décompose comme suit :  The peak current of the Class A amplifier is only 150 milliamps (bottom curve) instead of the 1500 milliamps of the state of the art shown in the top curve of Figure 2. The dissipation in the Class A amplifier is then divided by about ten which breaks down as follows:
- un ratio 2 lié au doublement possible des gains lorsque le courant dans l'inductance est très inférieur au courant de saturation ; et  a ratio 2 related to the possible doubling of the gains when the current in the inductor is much lower than the saturation current; and
- un ratio 5 lié à l'introduction de la nouvelle consigne en tension.  a ratio 5 linked to the introduction of the new voltage setpoint.
Dans les figures qui suivent, illustrant des variantes de réalisation de l'amplificateur selon l'invention, les mêmes numéros de références que ceux de la figure 1 sont utilisés pour désigner des éléments identiques ou correspondants.  In the following figures, illustrating alternative embodiments of the amplifier according to the invention, the same reference numbers as those of Figure 1 are used to designate identical or corresponding elements.
La variante de réalisation illustrée sur la figure 3 est dépourvue d'unité de mesure 62 du courant iD fourni en sortie du générateur de tension de puissance. Cette unité 62 est remplacée par une unité 82 d'estimation du courant iD fourni en sortie du générateur de tension de puissance 20. The embodiment variant illustrated in FIG. 3 is devoid of measurement unit 62 of the current i D supplied at the output of the power voltage generator. This unit 62 is replaced by a unit 82 for estimating the current i D supplied at the output of the power voltage generator 20.
L'estimateur 80 comporte une première entrée reliée en sortie de l'étage d'amplification linéaire 42 pour recevoir le signal musical Vin à amplifier. La seconde entrée est reliée en sortie de l'unité de commande 25A du générateur de courant de puissance 19. Cette entrée est connectée à une unité de retard 84 identique à l'unité de retard 54. The estimator 80 includes a first input connected at the output of the linear amplification stage 42 to receive the musical signal V in to be amplified. The second input is connected at the output of the control unit 25A of the power supply generator 19. This input is connected to a delay unit 84 identical to the delay unit 54.
La sortie d'unité 84 est reliée à un étage soustracteur 86 dont l'autre entrée est reliée à la sortie de l'étage d'amplification linéaire 42 pour recevoir le signal musical V,M à amplifier. Ainsi, le soustracteur 86 est propre à calculer la différence entre le signal de commande introduit en entrée du générateur de courant de puissance 19 retardé d'un retard τ et le signal musical V,M à amplifier. La sortie du soustracteur 86 est connectée à l'entrée d'un diviseur 88 dont l'autre entrée est reliée à une unité 90 de calcul de la valeur de l'inductance de couplage 22 en fonction de l'intensité la traversant. Ce diviseur 88 est propre à diviser la différence issue du soustracteur 86 par l'inductance L calculée. Cette quantité est introduite dans un intégrateur 92 dont la sortie fournit une estimation de l'intensité iD fournie par le générateur de tension de référence 20. La sortie de l'intégrateur 92 est également reliée à l'entrée de l'unité 90 d'estimation de la valeur de l'inductance de couplage L afin de fournir en sortie de celle-ci l'inductance en fonction de l'intensité estimée iD. The unit output 84 is connected to a subtractor stage 86 whose other input is connected to the output of the linear amplification stage 42 to receive the musical signal V, M to be amplified. Thus, the subtractor 86 is able to calculate the difference between the control signal input to the power generator 19 delayed by a delay τ and the musical signal V, M to be amplified. The output of the subtractor 86 is connected to the input of a divider 88 whose other input is connected to a unit 90 for calculating the value of the coupling inductance 22 as a function of the intensity passing therethrough. This divider 88 is able to divide the difference resulting from the subtractor 86 by the calculated inductance L. This quantity is introduced into an integrator 92 whose output provides an estimate of the intensity i D supplied by the reference voltage generator 20. The output of the integrator 92 is also connected to the input of the unit 90. estimating the value of the coupling inductance L in order to output the inductance therefrom as a function of the estimated intensity i D.
On comprend qu'avec ce mode de réalisation, les mêmes avantages que précédemment sont obtenus, sans qu'il soit nécessaire de disposer d'une unité de mesure de l'intensité iD, celle-ci étant alors seulement estimée. It is understood that with this embodiment, the same advantages as above are obtained, without it being necessary to have a unit of measurement of the intensity i D , it being only then estimated.
L'estimateur fonctionne ici par intégration de la différence de potentiel estimé aux bords de l'inductance de couplage 22 et utilise la valeur courante ou précédente de l'estimateur pour calculer de manière non linéaire une estimation de la valeur L en fonction du courant iD la traversant. The estimator operates here by integrating the estimated potential difference at the edges of the coupling inductance 22 and uses the current or previous value of the estimator to non-linearly calculate an estimate of the L-value as a function of the current. D through.
Comme illustré sur la figure 4, il est possible de réagencer et de simplifier certaines unités de calcul mises en œuvre dans l'estimateur 80 et dans les moyens 60 pour réduire les erreurs d'arrondis de calcul, notamment les dérivés. Ce réagencement utilise les propriétés mathématiques suivantes :  As illustrated in FIG. 4, it is possible to rearrange and simplify certain calculation units implemented in the estimator 80 and in the means 60 in order to reduce calculation rounding errors, in particular the derivatives. This rearrangement uses the following mathematical properties:
- la dérivée d'une somme est égale à la somme des dérivées  - the derivative of a sum is equal to the sum of the derivatives
- la dérivée de l'intégrale d'une fonction est égale à cette fonction  - the derivative of the integral of a function is equal to this function
- l'addition est commutative et associative.  - addition is commutative and associative.
Dans ce mode de réalisation de la figure 4, on retrouve l'estimateur 80 du courant iD mais la sortie de cet estimateur n'est plus utilisée en entrée de l'unité de commande 25A mais seulement pour la détermination de la valeur L de l'inductance 22 en fonction du courant la traversant. Ainsi, dans ce mode de réalisation le sommateur 64 des figures 1 et 3 est supprimé. Ceci est rendu possible puisque des opérations inverses d'intégration et de dérivation sont effectuées dans les unités 92 et 66. In this embodiment of FIG. 4, the estimator 80 of the current i D is found, but the output of this estimator is no longer used at the input of the control unit 25A but only for the determination of the value L of the inductor 22 as a function of the current flowing therethrough. Thus, in this embodiment the summator 64 of Figures 1 and 3 is deleted. This is made possible since reverse integration and derivation operations are performed in units 92 and 66.
Dans le cas de la figure 5, la valeur L de l'inductance de couplage est supposée ne pas dépendre de l'intensité iD la traversant. Ceci est rendu possible puisque l'inductance 22 est supposée avoir une valeur d'inductance de couplage surdimensionnée en courant et pour laquelle les phénomènes de saturation magnétiques sont négligeables. Alternativement, l'inductance 22 peut être réalisée sans l'utilisation de matériaux ferromagnétiques (inductance à air) ou posséder un gap dans son circuit magnétique. On considère les phénomènes de saturation magnétique négligeables lorsqu'ils sont inférieurs à 10% de saturation. Une inductance de couplage ainsi surdimensionnée a une valeur comprise entre 0.1 μΗ et 100μΗ pour un courant de 50A. In the case of Figure 5, the value L of the coupling inductance is assumed not to depend on the intensity i D through it. This is made possible since the inductance 22 is assumed to have an oversized coupling inductance value in current and for which the magnetic saturation phenomena are negligible. Alternatively, the inductor 22 can be made without the use of ferromagnetic materials (air inductance) or have a gap in its magnetic circuit. Magnetic saturation phenomena are considered negligible when they are less than 10% saturation. An oversized coupling inductance has a value between 0.1 μΗ and 100 μΗ for a current of 50A.
Dans ce cas, le bloc de contrôle est simplifié et le sommateur 40 ne reçoit en entrée que le signal de commande retardé d'un retard τ par le retardateur 84. Suivant un autre mode de réalisation, la valeur représentative du courant fourni par le générateur de tension de référence introduite dans le régulateur PID 32 est donnée par la différence des potentiels mesurés aux bornes de l'inductance 22 et d'une résistance complémentaire disposée entre le point de couplage 24 et la sortie 14 suivant le montage décrit dans le document FR 2 873 872. In this case, the control block is simplified and the adder 40 receives as input only the control signal delayed by a delay τ by the retarder 84. According to another embodiment, the value representative of the current supplied by the reference voltage generator introduced into the PID regulator 32 is given by the difference of the potentials measured across the inductance 22 and a complementary resistance disposed between the coupling point 24 and the output 14 according to the assembly described in the document FR 2 873 872.

Claims

REVENDICATIONS
1 .- Amplificateur audio comportant : 1 .- Audio amplifier comprising:
- une entrée (12) pour un signal audio à amplifier (Vin) et une sortie (14) d'alimentation d'une charge (16) à partir du signal audio amplifié ; an input (12) for an audio signal to be amplified (V in ) and an output (14) for supplying a load (16) from the amplified audio signal;
- un générateur (18) de tension de référence, propre à recevoir en entrée le signal audio à amplifier (Vin) ; - a reference voltage generator (18) adapted to receive as input the audio signal to be amplified (V in );
- un générateur de courant (19) de puissance, comportant un générateur (20) de tension de puissance, dont la sortie est connectée à la sortie du générateur de tension de référence (18), au travers d'une inductance de couplage (22) ;  a power current generator (19) comprising a power voltage generator (20) whose output is connected to the output of the reference voltage generator (18) through a coupling inductance (22); );
- des moyens (32, 40, 42, 60) pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant de puissance (19) un signal représentatif du courant (iA) fourni en sortie par le générateur de tension de référence (18) ; means (32, 40, 42, 60) for inputting a signal representative of the current (i A ) supplied at the output by the reference voltage generator to its control input to the power current generator (19) ( 18);
caractérisé en ce que :  characterized in that
- lesdits moyens (32, 40, 42, 60) pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant (19), un signal représentatif du courant (iA) fourni en sortie du générateur de tension de référence (18), sont propres à introduire, en outre, un signal said means (32, 40, 42, 60) for introducing, for its control, at the input of the current generator (19), a signal representative of the current (i A ) supplied at the output of the reference voltage generator (18) , are suitable for introducing, in addition, a signal
( L ^'LQAD ) représentatif du produit de la valeur (L(iD)) de l'inductance de couplage (22) et dt (L ^ 'LQAD ) representative of the product of the value (L (i D )) of the coupling inductance (22) and dt
di  di
de la dérivée par rapport au temps du courant (— ΰAD_ ) fourni à la charge (16). the time derivative of the current (- ° AD_) supplied to the load (16).
dt  dt
2. Amplificateur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens (32, 2. Amplifier according to claim 1, characterized in that the means (32,
40, 42, 60) pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant de puissance (19), un signal représentatif du courant fourni en sortie par le générateur de tension de référence (18) comportent un régulateur dérivé-proportionnel-intégral (PID) (32). 40, 42, 60) for inputting power output generator (19) to its input, a signal representative of the current output from the reference voltage generator (18) includes a derivative-proportional regulator- integral (PID) (32).
3.- Amplificateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, di  3. Amplifier according to any one of the preceding claims,
caractérisé en ce que le signal ( L— représentatif du produit de la valeur (L(iD)) de dt characterized in that the signal (L- representative of the product of the value (L (i D )) of
di l'inductance de couplage (22) et de la dérivée par rapport au temps du courant (— ΰAD_ ) dt fourni à la charge (16) est le produit de la valeur (L(iD)) de l'inductance de couplage (22) et di the coupling inductance (22) and the time derivative of the current (- 1 ° AD_) supplied to the load (16) is the product of the inductance value (L (i D )) coupling (22) and di
de la dérivée par rapport au temps du courant (— ΰAD_ ) fourni à la charge (16) depuis la dt of the time derivative of the current (- ° AD °) supplied to the load (16) from the dt
sortie (14). output (14).
4. - Amplificateur selon les revendications 2 et 3 prises ensemble, caractérisé en ce que les moyens (32, 40, 42, 60) pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant de puissance (19) un signal représentatif du courant (iA) fourni en sortie par le générateur de tension de référence (18) sont propres à introduire, en entrée du générateur de courant (20), un signal comprenant à la fois un signal représentatif du signal audio à amplifier (Vin) et le produit de la valeur (L(iD)) de l'inductance de couplage di 4. - Amplifier according to claims 2 and 3 taken together, characterized in that the means (32, 40, 42, 60) for introducing, for its control, at the input of the power generator (19) a signal representative of the current (i A ) output by the reference voltage generator (18) are adapted to introduce, at the input of the current generator (20), a signal comprising both a signal representative of the audio signal to be amplified (V in ) and the product of the value (L (i D )) of the coupling inductance di
et de la dérivée par rapport au temps du courant (— ΰAD_ ) fourni à la charge (16) depuis dt and the time derivative of the current (- ° AD_) supplied to the load (16) since dt
la sortie (14). the exit (14).
5. - Amplificateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (32, 40, 42, 60) pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant de puissance (19), un signal représentatif du courant (iA) fourni en sortie par le générateur de tension de référence (18) sont propres à introduire, en tant que signal représentatif du courant (iA) fourni en sortie du générateur de tension de référence (18), un signal (LiA) comprenant le produit de la valeur (L) de l'inductance de couplage (22) et de la valeur du courant (iA) fourni en sortie du générateur de tension de référence (18). 5. - amplifier according to any one of the preceding claims, characterized in that the means (32, 40, 42, 60) for introducing, for its control, at the input of the power generator (19), a representative signal of the current (i A ) output by the reference voltage generator (18) are adapted to introduce, as a signal representative of the current (i A ) supplied at the output of the reference voltage generator (18), a signal (Li A ) comprising the product of the value (L) of the coupling inductance (22) and the value of the current (i A ) supplied at the output of the reference voltage generator (18).
6. - Amplificateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (62) de mesure du courant (iD) fourni en sortie du générateur de tension de puissance (20) et des moyens (70) de calcul de la valeur (L) de l'inductance de couplage (22) en fonction du courant (iD) fourni en sortie du générateur de tension de puissance (20). 6. Amplifier according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises means (62) for measuring the current (i D ) supplied at the output of the power voltage generator (20) and means (70). ) calculating the value (L) of the coupling inductance (22) as a function of the current (i D ) supplied at the output of the power voltage generator (20).
7. - Amplificateur selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte, d'une part, des moyens (82) d'estimation du courant (iD) fourni en sortie du générateur de tension de puissance (20) à partir du courant (iA) fourni en sortie du générateur de tension de référence (18) et d'un signal représentatif du signal audio à amplifier (Vin) et, d'autre part, des moyens de calcul de la valeur (L) de l'inductance de couplage (22) en fonction du courant (iD) fourni en sortie du générateur de tension de puissance (20). 7. - Amplifier according to claims 1 to 5, characterized in that it comprises, on the one hand, means (82) for estimating the current (i D ) supplied at the output of the power voltage generator (20). from the current (i A ) supplied at the output of the reference voltage generator (18) and a signal representative of the audio signal to be amplified (V in ) and, secondly, means for calculating the value ( L) of the coupling inductance (22) as a function of the current (i D ) supplied at the output of the power voltage generator (20).
8. - Amplificateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens (82) d'estimation du courant (iD) fourni en sortie du générateur de tension de puissance (20) comportent un étage (86, 88, 92) d'intégration du quotient de la différence du signal de commande du générateur de courant de puissance (20) et du signal représentatif du signal audio à amplifier (Vin) par une estimation de la valeur de l'inductance de couplage (22). 8. - An amplifier according to claim 7, characterized in that said means (82) for estimating the current (i D ) supplied at the output of the power voltage generator (20) comprise a stage (86, 88, 92) d integrating the quotient of the difference of the control signal of the power current generator (20) and the signal representative of the audio signal to be amplified (V in ) by an estimation of the value of the coupling inductance (22).
9. - Amplificateur selon les revendications 3 et 7, caractérisé en ce que les moyens (32, 40, 42, 60) pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant (19), un signal représentatif du courant (iA) fourni en sortie du générateur de tension de di 9. - Amplifier according to claims 3 and 7, characterized in that the means (32, 40, 42, 60) for introducing, for its control, at the input of the current generator. (19), a signal representative of the current (i A ) supplied at the output of the voltage generator of di
référence (18) et un signal ( L— à2- représentatif du produit de la valeur (L(iD)) de dt reference (18) and a signal (L- to2- representative of the product of the value (L (i D )) of
di l'inductance de couplage (22) et de la dérivée par rapport au temps du courant (— ΰAD_ ) dt fourni à la charge (16) comprennent la réintroduction du signal de commande du générateur de courant de puissance (20) avec un retard prédéterminé ( τ ) en entrée du générateur de courant de puissance (20).  the coupling inductance (22) and the time derivative of the current (- 1 ° AD_) supplied to the load (16) comprise the reintroduction of the control signal of the power generator (20) with a predetermined delay (τ) at the input of the power generator (20).
10.- Amplificateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la valeur de l'inductance de couplage (22) est supérieure à 1 micro Henry et les moyens (32, 40, 42, 60) pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant (19), un signal représentatif du courant (iA) fourni en sortie du générateur de tension de référence di 10. Amplifier according to claim 9, characterized in that the value of the coupling inductance (22) is greater than 1 micro Henry and the means (32, 40, 42, 60) for introducing, for its control, input of the current generator (19), a signal representative of the current (i A ) supplied at the output of the reference voltage generator di
(18) et un signal ( L— représentatif du produit de la valeur (L(iD)) de l'inductance de dt (18) and a signal (L- representative of the product of the value (L (i D )) of the inductance of dt
di  di
couplage (22) et de la dérivée par rapport au temps du courant (— ΰAD_ ) fourni à la dt coupling (22) and the derivative with respect to the time of the current (- Î ° AD_) supplied to the dt
charge (16) comprennent seulement un moyen (40, 84) de réintroduction du signal de commande du générateur de courant de puissance (20) avec un retard prédéterminé ( τ ) en entrée du générateur de courant de puissance (20). load (16) comprise only means (40, 84) for reintroducing the control signal of the power generator (20) with a predetermined delay (τ) at the input of the power generator (20).
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